整车研发中的动力总成匹配研究

毛祥党

广西玉柴机器股份有限公司广西玉林市 537000

摘要：社会经济在持续发展的过程当中，也给各行各业提出了更高的要求，尤其是对节能以及环保行业的要求更高。动力总成主要包括以下部件，发动机总成，EMS 系统、手动或自动变速器总成和离合器总成等，动力总成匹配的好坏决定到整车动力性及经济性的基本性能，同时也影响到整车的排放性能和驾驶性能，所以继续培养和提升匹配能力以满足日益严格的法规需求以及用户对整车越来越高的需求。

关键词：整车研发；动力总成匹配；发动机

随着能源供给的日趋紧张，油耗法规的日趋严格。然而，降低油耗又要保持良好的汽车动力性，是当前主机厂提升整车魅力的重要工作，也是当前主机厂急需解决的关键问题。由于发动机工作区域在整车动力性与经济性对应区域体现是不同的，传统动力汽车的动力性与经济性又是一对矛盾体。因此，动力总成的合理匹配是整车开发工作的关键，如何将整车的性能开发目标分解到动力总成甚至其零部件的性能目标和设计目标上，实现合理的系统匹配，掌握动力总成的匹配及优化方法，模拟仿真技术的应用等，这些都是动力总成匹配研究的重要课题。

一、动力总成开发平台的建立

为了确保动力总成系统匹配的顺利优化，首先在运作过 程当中必须要保证汽车的高性能以及准确等特点，进而建立 起一个高效、有用的动力总成开发平台。对汽车各个方面的性能进行研究和比较，同时还要对汽车驾驶的舒适性进行评价，而且还要对汽车尾气的排放量进行权衡，最终选出性价比以及性能最优良的汽车品牌。在建立平台的过程当中，必须要选择一个合理的测量标定工具，确保平台的公平公正。 这个工具首先要具有质量方面的保证，同时还要确保其各方 面的性能都非常优秀。试验平台会根据不同的车型选择不同的测量标定工具，作为汽车市场当中性能比较稳定的一种车 型，奔驰车的特点也非常的明显，它在城市当中属于中高端的 SUV。在搭建整个平台的时候，不仅仅需要充分了解发动 机的电控系统，同时还需要了解汽车的运行保障系统。除此之外，对于汽车的电控辅助方面也需要进行重新构建。

二、动力总成匹配优化的方案

整车性能的直观表现主要为动力性、经济性，动力经济性的优化理论主要是通过整车行驶方程式和油耗理论计算法确定，若需提升动力性，从行驶方程式可知途径有两点，一为增加驱动力，一为降低阻力。而增加驱动力又可从提升发动机扭矩、增大速比、提高传动效率、减小轮胎半径入手。见公式。

优化动力性、经济性的技术路线总体来说主要有两方面：整车、动力总成。整车方面是实现轻量化、优化迎风面积，降低风阻、优化轮胎，降低滚阻、优化底盘件，提高传动效率及降低摩擦系数等等；动力总成方面，提升发动机、变速器性能，优化动力总成的匹配，提高燃烧效率的利用率及传动效率等，本文对动力总成匹配优化进行介绍。

1、发动机的优化。在整车开发中，发动机的选择是至关重要的，选择合适的发动机是整车动力总成匹配的基础。并且发动机的优化也是整车动力性、经济性最重要的优化方向。在动力总成的匹配过程中，发动机功率、扭矩必须与整车重量匹配，要满足动力性要求，避免“小马拉大车”出现，要兼顾发动机的功率和扭矩。在整车实际运行中，发动机主要的工作范围一般在 3000rpm 以下，在匹配过程中要重点关注和优化 3000rpm 以下区间的发动机性能。

2、变速器的优化。一般来说，在变速器的应用上，手动变速器比自动变速器要省油，但有研究机构表明，在不同车型及不同级别的车型里面，DCT 变速器才是最省油的，在整车开发过程中，对现有变速器优化的方案一般是通过优化速比和换挡规律来改善整车的动力性及经济性。

（1）速比优化。速比是由各档速比、主减速比和轮胎滚动半径共同组成，改变任何一个，都会影响到总速比的大小，而速比对动力性和经济性又有着最直接的影响。在调整时必须要谨慎，在速比的优化时一定是要以满足动力性为前提，坚决不能以降低速比来满足经济性的匹配优化方式。因为通过降速比，优化 10%的油耗，常常损失 20-30%的整车动力性。而且降低速比还会带来起步、爬坡、离合器寿命、换挡冲击等等一系列问题。一般来说，档位数不同，动力性、经济性也会有所不同，通常档位越多对动力性、经济性越有利，但成本和匹配难度会成为多档位变速器选择的阻力。在速比优化上，有手动配凑和 DOE 自动优化两种方式。在手动配凑速比优化上是根据离合器滑磨功（MT）、最低稳定车速、相关车型总速比等情况来初定一组总速比，接着结合各档档间比范围确定各档速比的范围，然后通过解析 NEDC 工况需求，结合发动机的 map 图，计算各档在该范围内的最优速比值，计算初定速比下的整车动力性、经济性，得到最终初定速比后进行工程化分析。DOE 自动优化方式分两种情况，一种为采用平台化变速器，采用解算软件 DOE 计算的方式优化主减速比； 另一种为采用全新速比优化，采用多目标优化集成平台DOE 方式。在多目标优化集成平台 DOE 方式中，通过 SIGHT 与 Cruise 软件集成，即输入输出文件配置和解算软件进行设计目标及边界条件的定义，包括定义 DOE解算算法及步长。然后再优化结果存储设置，通过监视器设置来运行 DOE 优化仿真，最后再对优化结果进行后处理。

（2）换挡规律优化。档位特性对整车动力性、经济性有着很大影响。从动力性、经济性角度看，中低油门时换挡规律应能够保证选择合适的档位使得发动机尽可能多的工作在高效区，大油门开度时应降低档位，提高发动机转速以保证整车具有足够的加速能力，换挡规律制定主要有两种方式：手工配凑和采用 GSP工具生成。手工配凑换挡规律，主要是基于对标及现有换挡规律数据积累，结合换挡规律 map 的特性初定规律，代入初定规律进行整车动力性、经济性计算，再根据计算结果及过程数据对换挡规律 map 进行调整，最终得到仿真换挡规律后，进行驾驶性的优化标定。GSP 工具生成方式是采用 AVL-Cruise 软件自带的换挡规律生成工具，通过 GSP 模块设置定义生成换挡规律的边界条件，由软件自动生成换挡规律 map。GSP 是Cruise 自带换挡规律制定模块，可以生成所需的换档规律、液力变矩器锁止规律以及相应的驾驶性范围，可根据排放和油耗的约束对变速器的状态进行优化。通过在已有的整车性能仿真模型的基础上新建应设置，达到换挡规律制定的目的。

动力总成匹配是一个复杂的、覆盖技术面广、具有较大技术难度的过程，动力匹配过程既要满足整车技术目标，还有满足顾客对汽车魅力质量的需求。通过优化动力性途径有很多种，降低风阻、整车轻量化等，但动力总成匹配的好坏程度是平衡动力经济性的重中之重，发动机、变速器系统的选择、匹配优化进行分析研究，也是当前各大主机厂提升汽车品质魅力的重大课题。

参考文献：

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